Så kan KTH-forskarna förbättra aluminium

Aluminium är inte bara avgörande för flyg- och bilindustrin. I Europa går nära en fjärdedel av det använda materialet till byggnader. Aluminium är dessutom en viktig beståndsdel i batterier och bränsleceller. Och med en stark tillväxt i utvecklingsländer förutspås användandet öka. Turligt nog är aluminium den vanligaste metallen i jordskorpan.

Tillverkningsprocessen och materialets ursprung kan påverka metallens egenskaper, bland annat ytans oxidationslager – allt från porstorlek till stryktålighet. Men det finns fortfarande stora oklarheter kring hur oxidationsprocessen går till. För att finjustera kvalitén krävs en större kunskap. Därför har Claudio Lousada och Pavel Korzhavy vid KTH kartlagt processen – och forskarna har fått en bättre kunskap om aluminium.

De har använt kvantmekaniska beräkningsmodeller för att studera hur korrosion drabbar aluminium. De första stadierna när metallens yta oxiderar har analyserats – forskarna har gått igenom en rad olika varianter av atomstrukturer och de mekanismer som påverkar korrosionen. Deras arbete har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Applied Surface Science.

”Kunskapen till stor nytta”

Det har utförts med hjälp av datorsimuleringar, bland annat med KTH:s egen maskinpark – tillsammans med framtagna algoritmer som varit stabila nog för att hantera antalet dynamiska parametrar som styr korrosionen, som den mycket korta tid när oxidationen uppstår.

– Kunskaperna är till stor nytta för att förstå hur aluminiumets yta blir skrovlig på grund av oxidation, och därmed defekt. Forskningsresultatet ökar förståelsen för hur bra och dåliga ytskikt på aluminium bildas baserade på oxidation. Vi kan därmed välja ut aluminium där atomerna bildar en fördelaktig ytstruktur så att en så homogen skyddsfilm som möjligt bildas vid oxidation. När detta är en eftersökt egenskap, säger Claudio Lousada, forskare på institutionen för materialvetenskap vid KTH.

Forskningsframstegen kan användas till att utveckla aluminium som har en bättre motståndskraft mot skador som kan uppstå i en ogästvänlig miljö, som bättre skyddande ytskikt – exempelvis genom nya sätt att anodisera aluminium. Det kan handla om oxidering eller andra kemiska processer som bryter ner eller löser upp metallen.

Ger förståelse för oxidation

Men kunskaperna gör också att det går att utveckla aluminium med bättre motståndskraft för mekaniskt slitage, samt olika typer av slag och stötar.

– Återvunnen aluminium, exempelvis läskburkar, har en tendens att reagera annorlunda på oxidation. Detta då det återvunna materialet innehåller föroreningar som reagerar med syre och förändrar oxidationsprocessens termodynamiska och kinetiska egenskaper. Den kunskap vi införskaffat här och i två tidigare forskningsprojekt kan användas för att skapa en tydlig bild av hur sådana korrosionsprocesser sker och därmed skänka bättre förståelse för hur aluminium oxiderar, säger Claudio Lousada.